Chương 4: Cơ cấu chấp hành I. Yêu cầu: Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học. Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén). II. Xilanh: TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Xilanh tác dụng đơn (xilanh tác dụng một chiều) : Áp lực khí nén chỉ tác dụng vào một phía của xilanh, phía còn lại là do ngoại lực hay lò xo tác dụng. a. Chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực. b. Chiều tác dụng ngược lại do lò xo. Xilanh tác dụng 2 chiều (xilanh tác dụng kép): b a Kí hiệu chung Kí hiệu theo yêu cầu đặc biệt Áp suất khí nén được dẫn vào 2 phía của xilanh, do yêu cầu điều khiển -mà xilanh sẽ đi vào hay đi ra tùy thuộc vào áp lực khí nén vào phía nào. Xilanh quay : Hình biểu diễn biểu tượng của xilanh quay. Hai ngõ vào điều khiển để điều khiển piston có răng di chuyển qua lại. Khi cần piston di chuyển sẽ ăn khớp với một bánh răng làm bánh răng quay. Trục bánh răng sẽ được dùng để gắn cơ cấu chuyển động. Xilanh trượt: Xilanh trượt là loại xilanh không có cần piston, có chiều dài chỉ bằng một nửa so với xilanh có cần piston III. Động cơ khí nén: Động cơ khí nén có nhiệm vụ biến đổi năng lượng của khí nén thành năng lượng cơ học (chuyển động quay). Động cơ khí nén có những ưu điểm sau: _ Điều chỉnh được momen quay và số vòng quay _ Số vòng quay cao và điều chỉnh vô cấp _ Không hư hỏng khi quá tải _ Giá thành bảo dưỡng thấp Nhược điểm: _ Giá thành năng lượng cao _ Số vòng quay thay đổi theo tải trọng _ Gây tiếng ồn lớn khi xả khí Ký hiệu: a. Động cơ quay một chiều b. Động cơ quay hai chiều Động cơ khí nén trong thực tế có các loại sau đây: _ Động cơ bánh răng _ Động cơ trục vít _ Động cơ cánh gạt _ Động cơ piston hướng kính _ Động cơ dọc trục _ Động cơ tuabin _ Động cơ màng THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN BẰNG BIỂU ĐỒ KARNAUGH: Đối với sinh viên ngành điện, trong môn học kỹ thuật số, phương pháp bìa Karnaugh là một phương pháp rất quen thuộc. Trong lónh vực điều khiển bằng khí nén, phương pháp bìa Karnaugh cũng được sử dụng để thiết kế mạch điều khiển. Nhìn chung, cách thức sử dụng bìa Karnaugh để đơn giản hàm hoàn toàn tương tự như trong kỹ thuật số. Tuy nhiên để thiết kế được một mạch khí nén bằng phương pháp bìa Karnaugh cần phải tuân thủ những bước sau đây: a. b. 1) Xác đònh biến: Từ yêu cầu điều khiển cụ thể, ta liệt kê tất cả các cơ cấu chấp hành sẽ được sử dụng. Với mỗi cơ cấu chấp hành, ta gán cho chúng những biến, đó chính là các công tắc cuối hành trình của cơ cấu chấp hành đó. Các công tắc hành trình này sẽ tác động cho cơ cấu chấp hành hoạt động. Ví dụ: Trong một hệ thống điều khiển có 2 cơ cấu chấp hành A và B như hình vẽ: Như vậy ta có 4 biến như sau : a 1 , a 2 , b 1 , b 2 là các tiếp điểm hành trình. 2) Thiết lập biểu đồ trạng thái: Dựa vào biểu đồ trạng thái ta sẽ liệt kê các bước thực hiện và ứng với từng bước là các biến tác động. Từ đó ta xây dựng các hàm chuyển động của cơ cấu chấp hành. A a 2 a 1 B b 2 b 1 Ví dụ : 3. Thiết lập phương trình logic và các điều kiện thực hiện: Sau khi đã liệt kê các biến, ta viết hàm chuyển động cho các cơ cấu chấp hành bằng cách lấy tích các biến gây nên chuyển động đó. Ví dụ: Xilanh A đi ra được điều khiển bởi hàm: +A = a 1 .b 1 Xilanh A lùi về được điều khiển bởi hàm: -A = a 2 .b 1 Xilanh B đi ra được điều khiển bởi hàm: +B = a 2 .b 1 Xilanh B lùi về được điều khiển bởi hàm: -B = a 2 .b 2 3) Thiết lập biểu đồ Karnaugh và đơn giản hàm: Phương pháp thiết lập biểu đồ Karnaugh và đơn giản hàm hoàn toàn tương tự như trong kỹ thuật số.    1 2 3 A a 1      5  1 B a 2 b 1 b 2  4  a 1 b 1 a 2 b 1 a 2 b 2 a 2 b 1 +A - A - B +B Sau khi đã có hàm điều khiển, ta sử dụng các van chức năng cũng như van logic để thành lập mạch điều khiển cho cơ cấp chấp hành. . và các điều kiện thực hiện: Sau khi đã liệt kê các biến, ta viết hàm chuyển động cho các cơ cấu chấp hành bằng cách lấy tích các biến gây nên chuyển động đó. Ví dụ: Xilanh A đi ra được điều khiển. chỉ bằng một nửa so với xilanh có cần piston III. Động cơ khí nén: Động cơ khí nén có nhiệm vụ biến đổi năng lượng của khí nén thành năng lượng cơ học (chuyển động quay). Động cơ khí nén có. MẠCH KHÍ NÉN BẰNG BIỂU ĐỒ KARNAUGH: Đối với sinh viên ngành điện, trong môn học kỹ thuật số, phương pháp bìa Karnaugh là một phương pháp rất quen thuộc. Trong lónh vực điều khiển bằng khí nén,